Technische Gase mit Ultraschall prüfen

Nein. Eine Ultraschallkamera erkennt nicht das Gas selbst, sondern den Ultraschall, der durch die Strömungsvorgänge an der Leckagestelle entsteht. Ob eine Leckage sichtbar wird, hängt deshalb vor allem von der Druckdifferenz, der Leckagegeometrie, dem Volumenstrom, dem Messabstand und den Umgebungsbedingungen ab.

Die Gasart beeinflusst vor allem die wirtschaftliche und sicherheitstechnische Bedeutung einer Leckage. Bei Druckluft stehen meist Energieverluste im Fokus, während bei Stickstoff, Argon, CO₂, Sauerstoff, Helium oder Methan häufig Prozessstabilität, Medienkosten, Arbeitssicherheit oder Produktqualität die entscheidenden Faktoren sind.

Für die industrielle Leckageortung ist die Trennung zwischen Hörschall und Ultraschall zentral. Die meisten Produktionsgeräusche liegen im hörbaren, niederfrequenten Bereich. Leckagen an Druckluft- und Gasleitungen erzeugen an kleinen Leckageöffnungen breitbandige Turbulenzen mit hochfrequenten Schallanteilen. Große Leckagen erzeugen häufig zusätzlich Hörschall; dieser wird in Produktionsumgebungen jedoch oft durch Maschinenlärm maskiert.

Der von einer Leckage erzeugte Ultraschall entsteht nicht durch das Gas selbst, sondern durch die beim Gasaustritt auftretenden Turbulenzen. Druckdifferenz, Leckagegeometrie sowie die Form der Austrittsöffnung bestimmen dabei die Schallintensität und das Frequenzspektrum der erzeugten Ultraschallwellen.

Höhere Frequenzen bieten aufgrund der kürzeren Wellenlänge eine bessere räumliche Auflösung. Mit steigender Frequenz nimmt jedoch auch die atmosphärische Dämpfung zu, wodurch die erzielbare Detektionsreichweite sinkt. Die Wahl der Messfrequenz stellt daher einen Kompromiss zwischen Auflösung, Reichweite und Störunterdrückung dar. In vielen industriellen Anwendungen hat sich ein Frequenzbereich um 40 kHz als günstig erwiesen. Bei störungsbehafteten Umgebungen kann jedoch ein anderes Frequenzfenster bessere Ergebnisse liefern.

Große Produktionsumgebung: Technische Gase und Druckluft werden akustisch über die Strömung an der Leckagestelle bewertet, nicht über ihre chemische Zusammensetzung.

Stickstoff-Leckagen können akustisch detektierbar sein, wenn ein ausreichender Druckunterschied und turbulente Ausströmung vorliegen. Die Bewertung ist jedoch anders als bei Druckluft: Neben Medienkosten sind Prozesssicherheit, Inertisierung, Schutzgasatmosphäre und Sauerstoffverdrängung zu berücksichtigen. Ultraschall zeigt die Schallquelle, bewertet aber nicht die Gaskonzentration im Raum.

Argon und CO₂ können bei ausreichender Druckdifferenz und geeigneter Leckagegeometrie Ultraschall erzeugen. Bereits kleine Leckagen können erhebliche Kosten verursachen, wenn das Gas als Prozess- oder Schutzgas verwendet wird. Bei CO₂ sind zusätzlich Aspekte der Belüftung und Arbeitssicherheit zu beachten. Die akustische Leckageortung unterstützt die Lokalisierung von Leckagen, ersetzt jedoch keine sicherheitstechnische Beurteilung der Anlage.

Sauerstoffanwendungen erfordern besondere Beachtung von Werkstoffverträglichkeit, Sauberkeit, Brandschutz und Anlagenfreigaben. Eine Ultraschallkamera arbeitet passiv und benötigt kein Prüfgas; dennoch ersetzt die akustische Ortung keine Sicherheitsbewertung. Vor Messungen müssen die betrieblichen Vorgaben und Freigaben eingehalten werden.

Helium wird häufig für hochsensitive Dichtheitsprüfungen eingesetzt. Ultraschall kann größere lokale Heliumleckagen schnell vor Ort finden, wenn turbulente Ausströmung entsteht. Extrem kleine Leckagen, die unterhalb der akustischen Detektionsgrenze liegen, bleiben jedoch ein Anwendungsfall für hochsensitive Helium-Leckagesuchtechnik.

Bei Methan oder anderen brennbaren Gasen gilt: Eine Ultraschallkamera lokalisiert Schall, nicht Explosionsgefahr. Die Methode kann nur dann eine akustische Quelle anzeigen, wenn ein ausreichender Druck und turbulente Ausströmung vorliegen. Zugelassene Gaswarntechnik, Explosionsschutzkonzepte und Anlagenfreigaben haben Vorrang.